Гальванические элементы своими руками

Эти элементы чаще всего применяются для питания батарейных радиоприемников, так как они наиболее просты в изготовлении, обладают устойчивым рабочим напряжением по сравнению с другими гальваническими элементами и практически почти не поляризуются. Кроме того, они очень дешевы и удобны в эксплуатации. Благодаря этим достоинствам медноцинковые элементы получили широкое применение в радиолюбительской практике.

КОНСТРУКЦИЯ МЕДНО-ЦИНКОВОГО ЭЛЕМЕНТА

Элементы собираются в обыкновенных стеклянных банках (фиг. 1), емкостью около 1 л. Поверхность банки внутри на протяжении примерно 3—4 см от верхнего края обмазывается вазелином или салом. Это делается для того, чтобы предупредить выползание кристаллов солей из сосуда элемента.

Положительный электрод изготовляется из тонкой листовой латуни, меди, листового свинца (0,1—0,5 мм) или даже свинцовой фольги. Фольга обязательно должна быть свинцовой, а не алюминиевой или оловянной. Этот электрод укрепляется в банке следующим образом: листовая фольга укладывается и расправляется по внутренней стенке банки, а верхний край ее загибается на наружную сторону сосуда так, чтобы фольга покрывала горло банки. Затем эта загнутая по горлу банки часть фольги снаружи плотно обвязывается два—три раза голой медной проволокой, диаметром 0,4—0,5 мм. Конец этой проволоки будет служить токоотводом положительного электрода. Нижний край фольги не должен доходить до дня банки на 5—6 см. Этот фольговый цилиндр следует делать неполным, оставив небольшую продольную щель (в 1,5 см) для наблюдения за концентрацией раствора медного купороса.

Положительный электрод не обязательно изготовлять из целого куска фольги; для этой цели могут быть использованы различные обрезки в виде лент произвольной ширины. Соединенные снаружи банки общим проводником ленты составят нужную общую поверхность электрода

Рис. 1 Элемент с пониженной концентрацией раствора медного купороса.

Внутреннюю поверхность той части электрода, которая будет выступать из электролита, надо также смазать вазелином настолько, чтобы граница последнего находилась примерно на 0,5 см ниже предполагаемого уровня жидкости.

Фольга будет работать в элементе до тех пор, пока она не оторвется от верхнего края сосуда под действием тяжести осевшего на ней металла. Обычно это происходит через несколько месяцев работы элемента.

Осаждающийся на фольге металл является электролитической медью с крайне незначительной примесью свинца.

Положительный электрод, изготовленный из листовой меди, латуни или свинца, просто подвешивается за края банки при помощи трех крючков. В этом случае к электроду припаивается токоотвод (кусок проволоки) и место спайки тщательно покрывается асфальтовым лаком или воском.

Примечание. В дальнейшем описании будут приводиться только внешние размеры сосудов элементов (банок), поскольку размеры прочих деталей элементов легко могут быть определены по рисункам, которые даются с соблюдением пропорции отдельных частей элементов. Детально размеры будут указаны лишь там, где они являются постоянными, независимо от конструктивных особенностей элементов.

Затем надо изготовить для этого элемента диафрагму и отрицательный электрод.

Хорошо работающая пористая диафрагма изготовляется следующим образом: на какой-либо болванке (например, на бутылке соответствующего диаметра) склеивается из картона толщиной 1 —1,5 мм цилиндр. Высота этого цилиндра должна быть такой, чтобы его дно на 5—6 см не доходило до дна банки (фиг. 1). При склейке этого цилиндра заходящие друг на друга его края следует срезать наискось и затем прошить нитками. После этого цилиндр опять надевается на болванку и обертывается 7—8 слоями пергаментной бумаги (только не «восковкой», которую применять нельзя!), соответствующей по толщине листу № 6—7 писчей бумаги. Предварительно пергамент надо вымочить в растворе поваренной соли,— без этого диафрагма не промокнет в течение долгого времени и элемент не будет работать. Пергамент надо настолько туго навертывать на цилиндр, чтобы отдельные слои его плотно прилегали друг к другу и чтобы не получалось воздушных пузырьков между ними. Затем цилиндр надо обернуть в один слой какой-либо тонкой материей и обшить. Это необходимо для придания диафрагме механической прочности.

За неимением пергамента картонный цилиндр можно обернуть 12—15 слоями газетной бумаги, предварительно вымоченной в растворе соли. Однако качество такой диафрагмы будет несколько ниже.

После этого надо снять с болванки диафрагму и приделать к ней дно, а на верхний ее конец надеть опорное кольцо. Дно и кольцо изготовляются из трехмиллиметровой фанеры или из картона. Опорное кольцо прикрепляется к диафрагме 3—4 маленькими гвоздиками. С края в кольце делается вырез, служащий для наливания воды в сосуд. Через него же выходит наружу ручка мешалки. Верхняя сторона кольца и дна диафрагмы покрывается слоем чистого воска или смеси воска с парафином. Обработка воском производится для скрепления дна и кольца с диафрагмой и с целью предохранения их от излишнего намокания.

Правильно построенная диафрагма, наполненная раствором поваренной соли, не должна протекать; снаружи ее стенки могут быть лишь влажными.

Расстояние от наружных стенок диафрагмы до поверхности положительного электрода (фольги, латуни, свинца) не должно превышать 1 см, во избежание излишнего увеличения внутреннего сопротивления элемента.

Отрицательный электрод делается в виде разомкнутого цинкового цилиндра, свободно входящего внутрь пористой диафрагмы.

К верхнему его краю надо припаять кусок медной проволоки и место спайки покрыть слоем воска или асфальтового лака.

Мешалка (фиг. 1) состоит из деревянного стержня, диаметром 3—4 мм, к нижнему концу которого прикреплена деревянная полоска или планка. Дерево пропитывается парафином или воском. Назначение мешалки — поднимать раствор медного купороса в рабочую часть элемента, о чем подробнее будет сказано ниже.

Как видно из фиг. 1, в описываемой конструкции элемента диафрагма подвешивается внутри сосуда; она опирается на его края своим кольцом. Кристаллы медного купороса насыпаются непосредственно на дно сосуда и, следовательно, насыщенный раствор купороса будет находиться в нижней части элемента. Такое устройство элемента обусловливается тем, что применять насыщенный раствор медного купороса невыгодно вследствие большого расхода его на диффузию. При слабой же концентрации раствора э. д. с. элемента уменьшается незначительно, однако разрядный ток сильно зависит от степени насыщенности электролита.

Практика показала, что удобно иметь где-либо в элементе резервный запас насыщенного раствора купороса, который можно было бы по мере надобности вводить в работу. Таким резервом и служит концентрированный раствор медного купороса, находящийся в нижней части сосуда данного элемента.

При надобности этот раствор поднимается в рабочую часть элемента путем размешивания его мешалкой, ручка которой выступает из сосуда.

При подвешенной в сосуде диафрагме на ее поверхности не осаждается медь и потому такая диафрагма может служить очень продолжительное время.

Сборка элемента. Собирается элемент в такой последовательности.

В приготовленный наружный сосуд (чисто вымытый, смазанный с внутренней стороны вазелином), устанавливают, как указано выше, положительный электрод и вставляют мешалку, а затем на дно банки насыпают медный купорос.

Потом вставляют в банку диафрагму, наполненную электролитом (полунасыщенным раствором поваренной соли). Диафрагма, как указывалось, должна опираться своим кольцом на края сосуда. Затем через вырез в опорном кольне в элемент наливается'вода до одинакового уровня с раствором соли в диафрагме. После этого в диафрагму вставляется цинковый (отрицательный) электрод.

Если положительный электрод сделан из фольги, необходимо, подняв мешалкой раствор медного купороса в рабочую часть элемента, на 2—3 часа замкнуть его выводы накоротко. Это делается для того, чтобы на поверхности фольги отложился защитный слой меди, который будет предохранять тонкую фольгу от разрушения под действием образующейся в элементе хлорной меди.

Уход за этим элементом (или батареей) очень несложен и в основном сводится к наблюдению за его работой.

Если в процессе разряда элемента обнаружится заметное падение рабочего напряжения (понизится накал нитей ламп), необходимо при помощи мешалки повысить концентрацию раствора медного купороса. Этим путем восстановится работоспособность элемента.

С течением времени эта мера может потерять свою эффективность. Это будет служить признаком того, что слишком загустел электролит пористой диафрагмы. В таком случае надо отлить из диафрагмы примерно половину количества раствора и вместо него долить чистой воды.

Раз в неделю надо очищать цинк от осадков.

После полного истощения раствора медного купороса надо сменить оба раствора,

Для приготовления электролитов применяются обычные имеющиеся в продаже медный купорос и поваренная соль.

Применение дистиллированной воды и амальгамирование цинка не обязательно.

Электродвижущая сила описанного элемента равна 1 В.

При емкости сосуда в 1 л 125 г медного купороса будет достаточно для работы элемента в течение месяца. Имеется в виду, что элемент будет ежедневно разряжаться в течение 4 час. током около 200 ма. За это же время израсходуется цинка около 40 г.

Смотрите также: КАК СДЕЛАТЬ АККУМУЛЯТОР